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EMTDC를 이용한 송전선로 상배열 영향평가
한정열, 장병훈, 윤종수, 김수열, 문승필 한전 전력연구원
An Evaluation of Phase Array Influence using EMTDC
Han Jeong-yeol, Chang Byung-hoon, Yoon Jong-su, Kim Soo-yeol, Moon Seung-pil Korea Electric Power Research Institute
Abstract - 신설 선로와 기존 선로와의 계통 연계시 상 배치에 따라 연계 후 정상상태에서 과다한 영상전류의 발생으로 인하여 지락계전기의 동작 같은 계통에 악 영향을 미치는 현상이 일어 난다. 이 논문은 새로운 계통연계 시 송전선로의 기설된 철탑을 이용한 역상배치 시행여부에 따른 실 계통을 해석하고 계통의 상시 불평형률을 간의 선로 신설 공사와 관련하여 분석하여, 이 상적인 송전선로 상 배열을 제시한다.
1. 서 론
오늘날 고도의 기술성장을 이룩한 산업사회에서 안정적이면서 신뢰성을 지닌 양질의 전력공급은 산업 발달과 삶의 질을 높이 는데 필수 불가결한 요소가 되었다. 최근 급격한 도심지역의 부 하증가와 이에 따른 새로운 송전선로의 건설이 어려움을 겪으면 서 기존선로 연계로 인한 다회선 철탑구간이 증가하고 있는 실 정이다. 이때 신설선로와 기존 선로간의 상 배열에 따라 상호 임 피던스가 상이하게 됨으로 경우에 따라 신설 선로의 계통 연계 후 영상전류가 급격히 증가하여 정상상태에서 지락 계전기가 동 작하기도 한다. 이 논문은 상 배열(역상배치 실시 유무와 4회선 병가)에 따른 송/수전단의 전압, 영상전류, 역상전류를 측정, 선 로 불평형률을 분석하고 지락 보호 계전기의 오동작 여부를 실 제 증설 예정인 송전선로 분석을 통해 알아보았다. 검토 과정에 서 PSS/E 지역계통 데이터를 바탕으로 한 EMTDC/PSCAD의 철탑 및 상배치 모델을 적용하였다.
2. 본 론 2.1 적용대상 계통 현황
현재 A S/S, C S/S간 2회선이 가압중이며 나머지 2회선은 B S/S D S/S간 송전선로 공사가 끝나는 2008년 4월에 가압예정이다. 이 전력계 통 연계로 인하여 4회선 병가구간이 나타나고 신설구간 10여km에 걸쳐 역상배열이 불가하다. 본 논문은 이러한 계통 연계에 따른 송전선로 임 피던스 변화와 각 S/S에서의 전압, 영상전류, 정상전류, 역상전류를 측 정하여 기존계통에 미치는 영향을 분석하고 송전선로의 이상적 상 배열 을 제시하고자 한다.
그림 1은 4개의 변전소간의 송전선로 구성도이다. 그림에서 보는 봐와 같이 D변전소 근거리 전단에서 역상배열이 불가하며 4회선 병가구간이 2곳에서 나타난다. 그림 2는 현제의 계통구성과 연계 후 계통을 보여주 고 있다.
<그림 1> 송전선로 구성도 변경전
<그림 2> 관련 계통도 2.2 계통해석용 EMTDC/PSCAD 모델
송전선로 신설에 의한 계통영향 평가와 이상적인 송전선로 상배치 제 시 위하여 그림 3과 같이 EMTDC/PSCAD모델을 개발하였다. 그림 2에 서 보이는 것처럼 송전선로 회선수에 따라 총 4개의 구간으로 나누어 각각의 T/L별로 모델링 하였다.
<그림 3> PSCAD 시뮬레이션 모델 2.3 EMTDC 시뮬레이션
그림4는 송전선로 철탑 형태 및 상배열 모델링을 위한 PSCAD의 Tline 모델이다. 철탑의 종류, 선종, 상배열, 긍장 등 실제 철탑의 파라 미터들을 입력하여 보다 정확한 시뮬레이션을 가능하게 한다.
<그림 4> 송전선로 철탑 모델
앞에서 언급한 것처럼 기존의 계통에 새로운 선로를 추가하여 연계할 때 철탑구조나 계통 운전상태에 따라서는 각 상간 선로정수에 불평형이 발생하여 영상전류가 과도하게 나타나기도 한다. 일반적으로 실 계통에 서 발생하는 영상전류는 선로전류의 10%이하 수준이며 그 이상이면 계 전기는 전력계통에 고장이 발생한 것으로 인지하여 동작하도록 설정 운 전하고 있다. 이처럼 정상상태에서 계전기의 오동작을 야기할 수 있는 영상전류를 계산하기 위하여 그림 5와 같은 component를 사용하였다.
2007년도 대한전기학회 하계학술대회 논문집 2007. 7. 18 - 20
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<그림 5> 역상분 계산 component 와 그 algorithm 그림 6은 계통 연계 후 각 변전소에서의 측정 전압 값을 나타내고 있다.
<그림 6> 각 변전소의 전압 변동 값
위의 그림에서 보이 듯 선로 연계 후 각 변전소에서의 이상 전압 발생 은 없을 것으로 여겨진다.
그림 8은 D 변전소 측의 영상전류와 정상전류를 보여주고 있다. 여기에 서 I0는 영상분을, !a는 정상분을 나타낸다.
<그림 7> 영상전류와 정상전류 비교
<표 1> 각 변전소 측 정상 및 영상 전류 측정 값
A S/S B S/S C S/S D S/S 정상 0.146 0.0558 0.165 0.081 영상 0.009 0.003 0.009 0.008 영상/정상(%) 6.16 5.37 5.45 9.87 표 1은 각 변전소 측에서의 영상전류와 정상전류의 비를 보여주며, 모두 10%로 미만의 값임을 알 수 있다. 이에 계통연계 시 영상전류의 급격한 증가로 인한 보호계전기의 오동작은 없을 것으로 판단된다.
표 2> 각 변전소 측 정상 및 역상 전류 측정 값
A S/S B S/S C S/S D S/S 정상 0.146 0.0558 0.165 0.081 역상 0.011 0.002 0.0132 0.001
역상/정상(%) 7.53 3.58 8.0 1.23
표2는 각 변전소 측에서의 영상전류와 역상전류의 비를 보여주며, 상시 불평형률은 정상분에 대한 영상분으로 정의되며 기준치인 8%를 넘지 않음을 알 수 있다.
3. 결 론
본 논문에서는 기존계통에 새로운 송전선로를 건설하여 새로운 계통 연계 시 기존계통에 끼치는 영향을 PSSE데이터를 반영한 EMTDC /PSCAD 모델을 이용하여 분석하였다. 그 결과 계통연계 시 각 변전소 의 이상전압현상은 없으며 보호계전기의 오동작을 초래하는 급격한 영 상전류의 증가 또한 우려할 수준의 값을 갖지 못했다. 선로의 상시불평 형률이 다소 높은 값을 보이지만 기준치 이하임을 알 수 있었다.
앞으로도 이러한 계통연계 또는 선로의 변경 시 계통에 미치는 영향을 사전에 모의 분석하여 전력공급 신뢰도 제고를 위한 연구가 계속 되어 야겠다.
[참 고 문 헌]
[1] 윤용범, 추진부, “송전계통에서의 영상 순환전류 감소를 위한 최적 상 배열 결정기법”, 대한전기학회논문집 47-5-4, 1998
[2] 남재현, 추진부 “154kV 송전계통 비연가 4회선 병행 선로에서의 영 상전류 감소대책”, 대한전기학회 학술발표회 논문집, 1996
